考虑热电联产调峰主动性的电热协调调度

考虑热电联产调峰主动性的电热协调调度

陈岩

华能蒙东公司安泰热电有限公司海拉尔热电厂

内蒙古 呼伦贝尔021000

摘要：热电联产机组的热电耦合约束问题是限制其调峰能力的关键因素。利用效热降理论建立热电联产机组模型，改变新蒸汽参数，在相应的供热负荷下确定机组的供电负荷可调整范围，研究热电联产机组调峰能力。将常规热电厂冷却循环水中蕴含的大量低温余热提取出来用于城市供热，在保证供热质量的基础上提高热电机组的调峰能力；

关键词：热电联产调峰主动性；电热协调调度；

前言：控制热电联产机组采暖出力，以提高系统接纳风电能力，达到节能调度的目的；根据供热系统热迟滞性的特点，在现有条件下，对供热系统的热力工况进行定量分析，在保证供热质量的前提下，对调整供热机组输出功率的可行性进行了分析。

一、运行特性

近年来投产的热电联产机组以300 MW等级的凝汽采暖两用机组为主，可同时满足热、电负荷即时调整的需要。该类型机组在运行中，在中低压缸过桥管上安装蝶阀，根据热用户的要求提供压力范围为0．3～0．5 MPa的采暖用汽。运行控制过程中，主要通过控制采暖抽汽压力来保证机组的安全以及供热与发电两种生产的匹配，采暖抽汽压力为分缸压力，虽有中低压缸连通流量控制阀(CV阀)和采暖抽气控制阀(EV阀)可以进行联合调整，但受中压缸末级叶片及低压缸特性的限制，热、电负荷可变范围有限。因此运行过程中，为了保证机组的安全，对主要运行点都迸行了安全性限制。

二、考虑热电联产调峰主动性的电热协调调度

1.热力系统运行模型。为简化问题，考虑每个热力系统中配备的热电联产、燃煤锅炉、电制热装置和储热装置的数目。记热电联产、燃煤锅炉和电制热装置在时刻的热出力。热力系统中供热管网时滞特性以及储热和热负荷蓄热特性导致热电联产机组的调峰能力具有时序耦合特性。单时段模型建立考虑时序耦合特性的热电联产可用调峰能力与调峰成本评价模型。热力系统内部的储能能力和多种供热手段可以为热电联产机组提供潜在的调峰灵活性，因此，对于热电联产机组来说，参与调峰服务的本质是一个优化问题，即如何以最低运行成本响应电网的调峰需求。当电网面临调峰困难时，热电联产可以通过合理优化调度周期内的供热策略来响应电网调峰需求。对热电联产机组在一个运行周期内的调峰能力与调峰成本进行评估，可以充分考虑供热运行约束(特别是供热时序耦合特性)对热电联产调峰能力的制约以及热力系统内部灵活性资源合理配置对热电联产调峰能力的贡献。

2调峰主动性的电热协调调度方法。对热电联产机组在供热约束下的可用调峰容量和调峰成本进行研究。进一步，热电联产机组是否愿意将其可用调峰容量用于电网运行则取决于其是否能从调峰服务中获益。本章在中国调峰补偿机制下，对于风电场，只有当它可以从接受热电联产机组的有偿调峰服务中获益时，风电场才会与热电联产机组达成调峰合作，常规火电机组的最小有偿调峰容量，由热电联产机组不参与有偿调峰时的火电机组有偿调峰策略得到，保证常规火电机组的有偿调峰容量会被电力系统优先调用。

3.算例分析。热电联产可用调峰电量和调峰成本分析，本节对热电联产的可用调峰电量和调峰成本进行分析，探讨其供热耦合性和时序耦合性以满足电网风电消纳需求。首先分析供热相关因素对热电联产可用调峰电量和调峰成本的影响，当热力系统仅由背压式热电联产机组供热时，机组依靠供热管网和热负荷的蓄热能力来提供有偿调峰服务，表明热电联产调峰能力非常有限，虽然此时热电联产并没有达到最小技术出力，但供热管网运行约束限制了热电联产机组下调出力。从调峰成本来看，热电联产调峰成本随调峰深度的增加略有升高。热力系统配备储热以及燃煤锅炉和电制热等辅助供热装置后，热电联产可用有偿调峰电量和调峰成本。可以看到，配备储热和多热源后热电联产机组调峰能力有效提高，储热装置可以有效实现电热解耦，燃煤锅炉可以分担热电联产机组的供热压力，电制热则可通过消耗电能来为热电联产机组的上网电量进一步提供深度调节能力，此时调峰成本随调峰深度的增加而明显升高。分析热负荷对热电联产机组的有偿调峰电量和调峰成本的影响(电网调峰需求热力系统配备储热与多热源)。由仿真结果可知，随着环境温度的升高，调峰成本降低。这是因为在环境温度较低时，热负荷较高，热电联产出力受供热限制需要维持在较高水平，需要启动储热甚至电制热来辅助供热以实现降低出力、参与调峰的目的，因此调峰成本较高，供热管网时序工况以及热电联产、储热和其他热源的时序运行策略。热电联产机组调峰成本与供热工况的耦合性。分析电网调峰需求对热电联产机组的可用调峰电量和成本的影响，随着电网调峰需求时段的增长，调峰成本升高。这是因为当热电联产机组降低出力参与调峰时，热力系统首先利用热网和供热建筑中储存的热量进行供热；若热电联产参与调峰时间过长，热网和热负荷的蓄热不足以支撑热力系统正常运行，需要启动储热或电制热参与供热，造成调峰成本升高。这一仿真结果体现了热力系统运行的时间耦合特性对热电联产机组调峰成本的影响。随着调峰深度的增加，热电联产机组的利润先增大后降低，而风电场利润不断增大。一方面，随着调峰深度的增加，热电联产调峰成本不断增加，直至调峰补偿无法覆盖调峰成本时，热电联产机组继续调峰将带来利润损失，此时它将退出有偿调峰合作；另一方面，由于调峰补偿较低，风电场需要支出的调峰分摊费用始终低于其售电收益，因此风电场始终能愿意参与调峰合作中获益。调峰补偿较高，足以弥补机组调峰成本，因此热电联产机组始终愿意提供调峰服务，但是由于此时风电场需要承担较高的调峰分摊费用，因此当调峰电量达到一定额度时，风电场将退出调峰合作。尽管热电联产的调峰补偿价格未超过风电上网电价，风电依然做出了退出调峰合作的决策。这一现象由热电联产调峰容量的时序耦合特征导致。尽管这一时段内风电上网电量没有变化，风电必须分摊常规火电的调峰费用，导致额外的调峰支出。对于风电场来说，当热电联产的每1 kw·h调峰补偿和由于热电调峰能力时序耦合所带来的额外调峰费用之和超过风电上网电价时，风电即会退出调峰合作。这一现象也表明了本文对热力系统内部时滞特性进行详细建模的价值。显然，热力系统的时序耦合特性会直接影响热电的时序调峰能力。进一步，分析热电联产机组参与有偿调峰对风电消纳的促进作用。不同风电和热负荷场景下热电联产参与有偿调峰的风电消纳增量。随着风电穿透率的提高，热电联产对电网调峰与风电消纳的贡献逐步增大，这是由于风电穿透率越高，电力系统对调峰电量的需求越大；随着环境温度的降低，热电联产对风电消纳的贡献逐步减小，这是由于热负荷越大，热电联产在满足供热前提下参与电网调峰的难度增大。

结束语：本文研究了热电联产机组参与系统调峰的策略，建立了热电机组参与调峰的模型，并提出了求解该模型的简化方法。利用供热系统热迟滞性特点，可以在保证供热质量的前提下，使热电机组在谷荷时段向下调节出力，从而增加系统的总调峰容量，缓解系统冬季调峰压力。热电联产参与电网调峰的决策不同，合理的调峰补偿将对提升热电联产调峰深度、促进风电消纳具有明显的激励作用。下一步工作将针对竞价模式下的热电联产调峰决策开展。

参考文献：

1谢国辉，张粒子，舒隽，等．火电机组日前节能发电调度机组组合[J]．电力系统及其自动化学报，2019，23(2)：122—126．